遼寧省某水電站工程輸水管道水壓試驗(yàn)研究

姜思寶

（遼寧西北供水有限責(zé)任公司　遼寧　沈陽(yáng)　110003）

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遼寧省某水電站工程輸水管道水壓試驗(yàn)研究

姜思寶

（遼寧西北供水有限責(zé)任公司遼寧沈陽(yáng)110003）

摘要輸水管道水壓試驗(yàn)是鑒定管道施工質(zhì)量的重要流程，也是后期管道能夠安全、順利使用的保證和前提。文章以遼寧省某水電站輸水管道水壓試驗(yàn)為例，通過(guò)對(duì)水壓試驗(yàn)的分段、流程以及端頭封堵設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行分析，詳細(xì)論述了該水電站輸水管道水壓試驗(yàn)的技術(shù)和方法。該工程輸水管道水壓試驗(yàn)取得了良好的成效，不但節(jié)約了工期，而且使得管道施工質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。文章通過(guò)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的介紹和總結(jié)，以期為類似工程提供合理有效的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞水電站；輸水管道；水壓試驗(yàn)；研究

1　工程概況

遼寧某水電站工程輸水管道布置在某市境內(nèi)，管道全長(zhǎng)3000m，直徑為Φ1600mm，采用Q235B型材質(zhì)。工程輸水管道布設(shè)兩條線路，全部為有壓輸水，管道輸水流量為5.36m/s，沿線共布置了15座穿越建筑物，鋼管連接口焊接采用氣體保護(hù)焊接的形式，所要求的焊接質(zhì)量等級(jí)大于Ⅱ級(jí)，端口焊接形式采用“X”型，焊接端口檢測(cè)取樣比例大于50%。鋼管所有焊接點(diǎn)全部通過(guò)抽樣檢測(cè)，其技術(shù)等級(jí)及射線透明度以及坡口焊接形式等均符合規(guī)范要求。

2　水壓試驗(yàn)

試壓前的準(zhǔn)備工作是能否順利進(jìn)行管道試壓設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是管道工程質(zhì)量及試壓試驗(yàn)安全與否的保證。在進(jìn)行水壓試驗(yàn)前，必須對(duì)試驗(yàn)范圍內(nèi)的管道、壓力表及安全閥等設(shè)備進(jìn)行全面檢查，在保證系統(tǒng)完善合格的情況下方可進(jìn)行。

2.1水壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行水壓試驗(yàn)之前，須先編制試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括堵板及后背的設(shè)計(jì)，對(duì)堵板的安全性能進(jìn)行檢測(cè)與驗(yàn)算，進(jìn)水管路及排氣排水孔的設(shè)計(jì)，加壓設(shè)備的選擇安裝設(shè)計(jì)等，之所以考慮諸多環(huán)節(jié)是為下一步工作做好有效充足的準(zhǔn)備，即試驗(yàn)段的選擇與安排。

表1　壓力管道水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力（MPa）

2.1.1管道后背作用力的測(cè)算

根據(jù)本電站工程所處地質(zhì)情況，后背墻面必須保持平直且與管道軸線垂直，對(duì)于試壓后背的長(zhǎng)度、寬度及管道后背作用力，應(yīng)進(jìn)行安全核算，核算可參考下式：

式中：R—管道對(duì)后背的作用力（kN）；

P—試壓管端所承受的壓力（kN）；P1—承插口填料的粘結(jié)力（kN）；

P0—試驗(yàn)壓力（MPa），取值情況見(jiàn)表1；r—管道內(nèi)徑（m）。

當(dāng)管道的設(shè)計(jì)溫度＞試驗(yàn)溫度時(shí)，試驗(yàn)壓力按照下式計(jì)算：

式中：P0—試驗(yàn)壓力（表壓）；

P—設(shè)計(jì)壓力（表壓）（MPa）；

（6）1—試驗(yàn)溫度下管材的許用應(yīng)力（MPa）；

2.1.2實(shí)測(cè)滲水量

在水壓試驗(yàn)進(jìn)行完畢之后，除了對(duì)堵板的安全性能進(jìn)行測(cè)算、評(píng)估之外，所測(cè)得的管材滲水量必須符合規(guī)定，相關(guān)的規(guī)定詳見(jiàn)表2。

當(dāng)所采用輸水管道的內(nèi)徑不小于上表所列內(nèi)徑時(shí)，可以按照下列公式計(jì)算所允許的滲水量，計(jì)算出結(jié)果后再將其與上表規(guī)定數(shù)字進(jìn)行比較，如果小于表中數(shù)字，則符合規(guī)定。

（3）采用預(yù)（自）應(yīng)力混凝土管或者是預(yù)（自）應(yīng)力鋼筒混凝土管的情況：

（4）采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土管的情況：q=0.014Di

式中：q—允許滲水量（L/min·km）；

Di—管道內(nèi)徑（mm）；

P—管道的工作壓力（MPa）；

a—溫度—壓力折減系數(shù)，一般情況下試驗(yàn)水溫應(yīng)在0℃以上，當(dāng)其在0℃～25℃時(shí)，a=1；25℃～35℃時(shí)，a=0.8；35℃～45℃時(shí)，a=0.63。

2.2分段情況及試驗(yàn)流程

輸水管道必須安裝止回閥，以防止供水管壓力較低時(shí)出現(xiàn)的倒灌進(jìn)而污染水質(zhì)，同時(shí)保證管路所有接頭必須嚴(yán)密不漏水。輸水管道水壓試驗(yàn)分段的基本要求：兩邊取水要靠近水源，而且排水要設(shè)置在方便的地方，分段長(zhǎng)度要均勻，必須滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

該工程根據(jù)相關(guān)文件及要求，輸水管道水壓試驗(yàn)共分為兩段，第一段全長(zhǎng)1500m，標(biāo)號(hào)為K0+000.00～K1+500.00；第二段全長(zhǎng)1500m，標(biāo)號(hào)為K1+500.00～K3+000.00，管道名稱分為管道A和管道B兩種。

表2　水壓試驗(yàn)的允許滲水量試驗(yàn)表

圖1　輸水管道水壓試驗(yàn)流程圖

表3　水壓試驗(yàn)前的浸泡時(shí)間參照表

2.3管道充水排氣

這一步驟宜安排在管道試壓前2天～3天進(jìn)行，在進(jìn)行充水排氣時(shí)先向試壓管道內(nèi)充水將管道浸泡。將事先準(zhǔn)備好的試驗(yàn)用水沿著管道內(nèi)壁緩緩注入管道，同時(shí)打開(kāi)排氣閥，將管道注滿水后，必須保證管道內(nèi)部壓力小于所規(guī)定的工作壓力，而后充分浸泡，浸泡時(shí)間應(yīng)符合表3的規(guī)定。當(dāng)管道底端排出連續(xù)且不帶氣泡的水流時(shí)應(yīng)停止充水，隨即關(guān)閉排氣閥。

2.4水壓試驗(yàn)方法

水壓試驗(yàn)屬于破壞性試驗(yàn)，由于過(guò)程中存在大量不安全因素，試驗(yàn)過(guò)程具有很大的危險(xiǎn)性，因此試驗(yàn)必須由專業(yè)人士統(tǒng)一指揮，分工明確，后背、支墩、接口以及排氣等特殊環(huán)節(jié)必須進(jìn)行專業(yè)性檢查，后背必須緊貼后座墻密實(shí)，試驗(yàn)管段不能采用閘閥當(dāng)堵板，且不能放置安全閥、自動(dòng)排氣閥、消火栓等附件，管件的錨固設(shè)施必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，未設(shè)置錨固設(shè)施的管件必須采取加固措施，進(jìn)行檢查確保無(wú)誤后方可開(kāi)展試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)必須在保證浸泡時(shí)間符合規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行，如無(wú)特殊要求，水壓試驗(yàn)包括升壓、持壓與泄壓三個(gè)步驟。

2.4.1分級(jí)升壓

升壓時(shí)，管道兩端要設(shè)置堵板封口，堵板必須有足夠的強(qiáng)度，以確保升壓過(guò)程中堵板不能變形，且與管道接頭處不會(huì)漏水。輸水管道水壓試驗(yàn)正式試壓時(shí)分三級(jí)進(jìn)行升壓，每一級(jí)升壓過(guò)程中都要詳細(xì)檢查管道、支墩、接口、端口等有無(wú)異響現(xiàn)象發(fā)生，檢查完畢后無(wú)任何異響繼續(xù)升壓。水壓試驗(yàn)壓力升至試驗(yàn)壓力的一半時(shí)，保持恒壓15min，采用壓力表對(duì)管道內(nèi)壓力進(jìn)行觀測(cè)，壓力變化在±1%范圍內(nèi)同時(shí)無(wú)漏水現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，方可繼續(xù)升壓。升壓過(guò)程中，對(duì)管道內(nèi)注水的溫度、注水時(shí)間以及持續(xù)時(shí)間、注水體積、相關(guān)壓力數(shù)據(jù)等進(jìn)行觀測(cè)與記錄，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制管道壓力曲線圖。曲線圖保證直線的情況下，證明管道水壓試驗(yàn)一切正常，水壓試驗(yàn)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；如果升壓過(guò)程中曲線圖的曲率變化較大，證明升壓過(guò)程中管道內(nèi)還存有空氣，這時(shí)要立即進(jìn)行管道內(nèi)空氣含量的計(jì)算，以保證其含量不大于管道總?cè)萘康?.2%。

水壓試驗(yàn)過(guò)程中，后背頂撐及管道兩端不得站人，分級(jí)升壓過(guò)程中不得對(duì)管道、接口進(jìn)行敲打及修補(bǔ)缺陷，如遇缺陷出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)作出標(biāo)記，待泄壓后及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

2.4.2持壓（穩(wěn)壓）

輸水管道水壓試驗(yàn)完成后并達(dá)到試驗(yàn)壓力時(shí)，停止水壓試驗(yàn)水泵，將所有的充水水泵及連接管拆開(kāi)，停止2h并觀察管道內(nèi)壓力的變化，待壓力平穩(wěn)后，便可開(kāi)始進(jìn)行管道壓力穩(wěn)壓試驗(yàn)。穩(wěn)壓時(shí)間宜根據(jù)管道實(shí)際情況確定，一般為20min，穩(wěn)壓過(guò)程中必須對(duì)管道試驗(yàn)壓力變化、水溫等進(jìn)行觀測(cè)，采用記錄儀記錄并繪制成曲線。20min后進(jìn)行管道外側(cè)及接縫處滲漏檢測(cè)，如無(wú)滲漏現(xiàn)象則說(shuō)明水壓試驗(yàn)合格。

2.4.3泄壓

主試驗(yàn)階段：在上述預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)立即將管道泄水降壓，降壓量應(yīng)為試驗(yàn)壓力的10%～15%，在此期間應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)量降壓所泄出的水量，按照下式計(jì)算。

式中：△Vmax—允許泄出的最大水量；

V—試壓管段總?cè)莘e（L）；

△P—降壓量（MPa）；

EW—水的體積模量，不同水溫下的值可以按照表4取值；

EP—管材彈性模量（MPa），與水溫及試壓時(shí)間密切相關(guān)；

en—管材壁厚（m）。

表4　溫度與體積模量的關(guān)系

△V≤△Vmax時(shí)，按照正常程序進(jìn)行作業(yè)，相反若△V＞△Vmax時(shí)應(yīng)停止試壓，排出管內(nèi)過(guò)量空氣再?gòu)念A(yù)實(shí)驗(yàn)階段重新開(kāi)始試驗(yàn)。

3　結(jié)語(yǔ)

遼寧某水電站輸水管道工程水壓試驗(yàn)在該工程中取得了非常好的功效，使得大管徑、長(zhǎng)管道水壓試驗(yàn)新技術(shù)得到了推廣，新技術(shù)的使用可以加快管道工程施工進(jìn)度，確保工程的施工工期，節(jié)約工程成本，整體上提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。文章通過(guò)對(duì)該項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)的闡述和總結(jié)，期望為類似工程施工提供參考和借鑒。陜西水利

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（責(zé)任編輯：唐紅云）

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